EP1274942B1

EP1274942B1 - Vakuumpumpe mit zwei zusammenwirkenden rotoren

Info

Publication number: EP1274942B1
Application number: EP01927731A
Authority: EP
Inventors: Manfred Behling; Lothar Brenner; Thomas Dreifert; Hartmut Kriehn; Klaus Rofall
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH; Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: DE10019066A1; US20030152468A1; TW507048B; EP1274942B8; DE50115557D1; EP1274942A1; ATE474139T1; JP4838480B2; US6964559B2; KR20020091213A; KR100793456B1; JP2004501308A; WO2001079701A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Vakuumpumpen dieser Art gehören zur Gattung der Zwei-Wellen-Vakuumpumpen. Typische Beispiele für Zwei-Wellen-Vakuumpumpen sind Rootspumpen, Klauenpumpen und Schraubenpumpen. Die beiden Rotoren derartiger Pumpen befinden sich in einem Schöpfraum und bewirken eine Förderung der Gase von einem Einlaß zu einem Auslaß. Die fliegende Lagerung hat bei axialfördernden Maschinen den Vorteil, dass auf der Saugseite (Hochvakuum-Seite) Wellendichtungen nicht erforderlich sind.
Bei Zweiwellenmaschinen mit synchronisierten Wellen ist der Direktantrieb einer der beiden Wellen üblich (vgl. z.B. die DE 198 20 523 A1 ). Werden in Maschinen dieser Art gängige Wechselstromantriebsmotoren eingesetzt, ergeben sich Rotordrehzahlen von 3000 U/min (bei 50 Hz) bzw. 3600 U/min (bei 60 Hz). Mit derartigen Drehzahlen betriebene Pumpen haben eine geringe Leistungsdichte, benötigen enge Spalte und/oder viele Stufen und sind damit relativ groß, schwer und kostspielig. Eine Erhöhung der Drehzahlen wäre mit Hilfe eines Frequenzumformers möglich; Frequenzumformer bei großen Antriebsleistungen sind jedoch teuer.
Eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der europäischen Patentschrift 472 933, Figur 15, bekannt. Der Antriebsmotor ist in einem seitlich neben der Pumpe befindlichen Gehäuse untergebracht. Um die Rotoren mit einer gegenüber der Motordrehzahl höheren Drehzahl betreiben zu können, ist ein Übersetzungsgetriebe vorgesehen. Das Antriebszahnrad der Motorwelle ist über ein weiteres Zahnrad mit einem auf einer der Rotorwellen angeordneten Zahnrad gekoppelt. Eine Lösung dieser Art hat einen hohen Raumbedarf. Außerdem sind vier Wellen vorhanden, die jeweils mit Lagerungen ausgerüstet sein müssen.
Zum Stand der Technik gehört noch der Inhalt der JP 63 198 789 A . Sie offenbart eine Vakuumpumpe mit zwei Rotoren, die mit Wellen ausgerüstet sind. Die Rotoren stützen sich auf ortsfeste Bauteile (Stümpfe, Pumpengehäuse) und tragen selbst Synchronisationszahnräder. Mit einem der Synchronisationszahnräder steht das Antriebszahnrad eines Antriebsmotors in Eingriff.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe der hier betroffenen Art einfacher und kompakter zu gestalten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Mittel, die für eine Übersetzung ins Schnelle - z.B. eine Verdoppelung der Rotordrehzahl - erforderlich sind, wesentlich einfacher sind als beim Stand der Technik. Die gängige Motortechnologie kann beibehalten werden. Insbesondere dann, wenn auch der Antriebsmotor im Lager-/Getrieberaum untergebracht ist, ergeben sich eine äußerst schlanke und kompakte Bauform sowie eine vereinfachte Kühlung des Elektromotors.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 10 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Figuren 1 bis 3 Ausführungsbeispiele nach der Erfindung, bei denen der Motorrotor auf einer separaten, neben den Rotorwellen angeordneten Motorwelle läuft.

In den Figuren sind die Zweiwellenvakuumpumpe mit 1, ihre Rotoren mit 2,3, ihr Schöpfraum mit 4 und ihr Schöpfraumgehäuse mit 5 bezeichnet. An das Schöpfraumgehäuse 5 grenzt der Lager-/Getrieberaum 6 an, dessen Gehäuse mit 7 bezeichnet ist. In den Lager-/Getrieberaum 7 erstrecken sich die Rotorwellen 8,9 hinein. Die Drehachsen der Rotoren und Wellen sind mit 11 und 12 bezeichnet. Die Wellen sind schöpfraumseitig und endseitig gelagert (Lager 13 bis 16), so daß die Rotoren 2,3 fliegend gelagert sind. Die Rotorwellen 2,3 sind über ein Synchronisationsgetriebe 17 miteinander gekoppelt, das von zwei miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern 18,19 gebildet wird. Zur Abdichtung des Schöpfraumes 4 gegenüber dem Lagerraum 6 sind Dichtungen 21,22 vorgesehen.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich der Antriebsmotor 25 im Lager-/Getrieberaum 7. Der Stator 26 umgibt den Anker 27, der auf der Motorwelle 28 befestigt ist. Die Motorwelle 28 erstreckt sich jeweils parallel zu den Rotorwellen 8,9 und ist im Bereich ihrer Enden (Lager 31,32) im Lager-/Getrieberaum 7 gelagert. Ihre Drehachse ist mit 29 bezeichnet.
Als Beispiel ist in Figur 1 eine Schraubenvakuumpumpe 1 dargestellt. Die von den Drehachsen 11,12 gebildete Ebene 23 (Figuren 2,3 und 4) steht senkrecht zur Zeichnungsebene, so dass nur eine rotierende Einheit sichtbar ist. Während ihres Betriebs fördern die Rotoren 2,3 Gase vom Einlaß 33 zu einem nicht dargestellten Auslaß.
Bei der Schraubenvakuumpumpe nach Figur 1 befindet sich die Motorwelle 28 seitlich neben der von den Drehachsen 11,12 gebildeten Ebene. Sie trägt ein Antriebszahnrad (Antriebsrad 35), das unmittelbar mit einem Zahnrad (Abtriebsrad 36) in Eingriff steht. Antriebsrad 35 und Abtriebsrad 36 bilden eine Getriebestufe 37. Das Abtriebsrad 36 ist auf einer der Rotorwellen 8,9 befestigt. Der synchrone Antrieb der jeweils zweiten Rotorwelle erfolgt über die Zahnräder 18,19 des Synchronisations-Getriebes 17.
Die Figuren 2 und 3 deuten Kopplungsmöglichkeiten der beschriebenen Art an.
Die Ausführung nach Figur 2 entspricht der in Figur 1 dargestellten Lösung. Unterhalb des Synchronisationszahnrades 18 auf der Welle 8 befindet sich ein weiteres, vorzugsweise im Durchmesser kleineres Zahnrad 36, das mit dem Antriebszahnrad 35 in Eingriff steht. Dieses gilt auch für die Lösung nach Figur 4. Unterschiedlich gegenüber Figur 3 ist, dass die Drehachsen 11,12 und 29 in einer Ebene liegen.
Die Figur 2 läßt erkennen, dass zum einen der Bauraum zwischen den Rotorwellen 8,9 zum Teil für den Motorstator 26 genutzt werden kann, so dass sich kompakte Lösungen ergeben. Zum anderen besteht weitgehend freie Wahl in Bezug auf die Winkellage der Drehachsen zueinander.
Es wurde bereits vorgeschlagen, mindestens eine der Rotorwellen 8,9 mit einer zentralen Bohrung auszurüsten und diese Bohrung(en) zum Transport eines Schmier- und Kühl-Mittels (vorzugsweise Öl) zu nutzen. Bei im Lager-/Getrieberaum angeordnetem Antriebsmotor 25 kann dieser ebenfalls mit dem Öl gekühlt werden. Eine der Förderung des Öls dienende Ölpumpe kann auf einer der Wellen 8,9 oder 28 angeordnet sein. Liegt die Motorwelle 28 neben den Rotorwellen 8,9, dann besteht eine besonders zweckmäßige Lösung darin, daß die Ölpumpe - vorzugsweise als Exzenterpumpe ausgebildet - auf der Motorwelle 28 angeordnet ist, und zwar im Bereich ihres oberen Endes. Diese Ausführung ist in Figur 1 dargestellt. Die Ölpumpe ist mit 51 bezeichnet.
Zusätzlich kann eine der Wellen 8,9 oder 28 auf ihrer schöpfraumfernen Seite aus dem Lager-/Getrieberaum 6 dicht herausgeführt sein und ein Lüfterrad 52 tragen. Zweckmäßig wird dazu entsprechend Figur 1 ebenfalls die Motorwelle 28 verwendet.

Claims

Vakuumpumpe (1) mit einem Schöpfraumgehäuse (5), in dem sich zwei zusammenwirkende, auf jeweils einer Welle (8, 9) angeordneten Rotoren (2, 3) befinden, mit einem an das Schöpfraumgehäuse (5) angrenzenden Lager-/Getrieberaum (6), in dem die Rotorwellen (8, 9) fliegend gelagert sind, und mit einem Antriebsmotor (25), dessen Antriebswelle (28) sich parallel zu den Rotorwellen (8, 9) erstreckt und ein Antriebsrad (35) aufweist,
- innerhalb des Lager-/Getrieberaums (6) sind die Rotorwellen (8, 9) jeweils mit einem Synchronisations-Zahnrad (18, 19) ausgerüstet, die gemeinsam ein Synchronisationsgetriebe (17) bilden,

- eine der Rotorwellen (8, 9) ist mit einem Abtriebsrad (36) ausgerüstet, das gegenüber dem Synchronisations-Zahnrad (18 bzw. 19) auf dieser Welle einen kleineren Durchmesser hat,

- das Antriebsrad (35) des Antriebsmotors (25) befindet sich ebenfalls im Lager-/Getrieberaum (6) und bildet mit dem Abtriebsrad (36) eine Getriebestufe (37),
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale,
- der Antriebsmotor (25) ist ebenfalls innerhalb des Lager-/Getrieberaumes (6) untergebracht,

- die Motorwelle (28) ist neben den Rotorwellen (8, 9) angeordnet,

- das Antriebsrad (35) des Antriebsmotors (25) und das auf einer der Rotorwellen befindliche Abtriebsrad (36) stehen unmittelbar in Eingriff und bilden die Getriebestufe (37).
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf einem der Enden der Motorwelle (28), vorzugsweise auf ihrem schöpfraumseitigen Ende, eine Ölpumpe (51) befindet.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (28) mit ihrem schöpfraumfernen Ende aus dem Getriebe/Lagerraum (6) herausgeführt ist und ein Lüfterrad (52) trägt.